Optical Functionalization of Transparent Wood Biocomposites

• Transparent wood (TW) biocomposites combines load-bearing properties with high transmittance of light. TW consists of a reinforcing wood substrate that has been infiltrated with a polymer matrix. TW can be combined with additives so that new multifunctional materials are obtained. Functional additives are, however, sensitive to aggregation and the wood structure limits particle infiltration. Dispersion and distribution of additives as well as optical properties were controlled by chemical treatment of the wood substrate. The structure and chemistry of the wood substrate was influenced by delignification or bleaching.With a thiol-ene polymer matrix, wood was tailored to produce TW with high or low optical scattering. It was possible to dope a delignified wood substrate with a high content of a fluorescent dye to produce TW solid-state dye lasers. Optical scattering enhanced the spectral brightness of the lasers and wave-guiding in TW partially directed the emission, producing a quasi-random laser.Favourable distribution of nanoparticles (NPs) was obtained by two routes: in-situ synthesis and charge-regulated NP diffusion. With in-situ synthesis, mobile precursors infiltrated the substrate. With charge-regulated diffusion, cationic NPs were dispersed by negative charges in the wood substrate. Structurally coloured TW with wavelength-specific polarization was produced by in-situ synthesis of plasmonic NPs (PNPs). Utilization of wood compounds as reagents and stabilizing ligands produced TW with well-dispersed PNPs. Flame-retardant and self-extinguishing TW with preserved optical transmittance was prepared by charge-regulated diffusion of cationic silica NPs.In conclusion, functionalization of wood substrates promoted controlled dispersion of additives for TW with new functionalities, such as laser performance, fluorescence, fire-retardant properties and structural colours.

• Transparent trä (TW) är biokompositmaterial som kombinerar lastbärande egenskaper med hög ljustransmittans. TW består av träsubstrat som impregnerats med en polymermatris. Genom att tillsätta additiv till TW kan nya multifunktionella material framställas. Additivens funktioner begränsas dock ofta av aggregation och strukturen i trä begränsar partikelimpregnering. Med kemisk behandling av träsubstratet kan additivens dispersion och distribuering samt optiska egenskaper justeras i TW. Strukturen och kemin i träsubstraten påverkades med delignifiering eller blekning. Med en thiol-ene-polymermatris kunde TW med hög eller låg ljusspridning framställas genom att justera träsubstratets kemi. Delignifierat trä kunde dopas med stora mängder fluorescerande färgämnen så att en TW-baserad laser framställdes. I lasern förstärktes emissionen av ljusspridning. Dessutom riktade vågledning i TW emissionen så att lasern inte var slumpartad.Nanopartiklar (NP) distribuerades i trä genom in-situ syntes eller laddningsreglerad diffusion. Med in-situ syntes kan trä impregneras med mobila reaktanter. Med laddningsreglerad diffusion kan katjoniska NP dispergeras av negativa laddningar i träsubstratet. TW med strukturell färg och våglängdsspecifik polarisering framställdes med in-situ syntes av plasmoniska NP (PNP). Träkomponenter reducerade, dispergerade och stabiliserade PNP. TW med flamskyddande och självsläckande egenskaper och med bevarad ljustransmittans framställdes med laddningsreglerad diffusion av kajoniska silika NP.Sammanfattningsvis så har biokomopsiter med nya egenskaper framställts genom att bleka eller delignifiera träsubstrat så att dispersionen av additiv förbättrades i TW. TW med laserförmåga, fluorescens, flamskyddande egenskaper och strukturell färg har framställts.

Ämnesord

NATURVETENSKAP  -- Kemi -- Materialkemi (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Chemical Sciences -- Materials Chemistry (hsv//eng)

Nyckelord

transparent wood

biocomposite

optical scattering

interfaces

dye laser

organic dye

plasmonic

nanoparticle

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

dok (ämneskategori)